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JP5046948B2 - Phase change material and thermal control device - Google Patents
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Description

本発明は、熱制御装置に関するものであり、特に、住宅、自動車、輸送機器等で使われる建材によりその温度環境を好適にする熱制御装置に関するものである。   The present invention relates to a thermal control device, and more particularly to a thermal control device that makes its temperature environment suitable by building materials used in houses, automobiles, transportation equipment, and the like.

温帯性の気候は、冬期は比較的気温が下がり、夏期には比較的気温が高温になる。このような気候の場合、従来の家の構造は、夏すごし易いように、比較的が風通りの良い構造であった。この構造は、冬は、外気の影響で室内の温度を温かくするため、暖房を入れてもなかなか温まらず、更に、暖房を切ると直ぐに室内の温度が冷えるという欠点を持っていた。   The temperate climate is relatively cool in winter and relatively hot in summer. In such a climate, the structure of the conventional house was relatively windy so that it was easy to spend summer. This structure has the drawback that in winter, the room temperature is warmed by the influence of outside air, so it does not warm easily even when the heater is turned on, and the room temperature cools immediately after the heater is turned off.

近年は、エアーコンディショナー等の冷暖房機器を用い、手軽に室内を冷暖房することができるようになった。冷暖房機器の効率を高めるためには、家は、気密性の良い構造であることが好ましいため、最近の家の構造は、気密性が良く、更に、断熱性の高い構造が採用されている。家の気密性が向上することで、冷房効率のみならず暖房効率も改善された。   In recent years, it has become possible to easily cool and heat indoors using air conditioning equipment such as air conditioners. In order to increase the efficiency of the air conditioning equipment, it is preferable that the house has a structure with good airtightness. Therefore, the structure of a recent house has good airtightness and a structure with high heat insulation. Improving the airtightness of the house has improved not only the cooling efficiency but also the heating efficiency.

高断熱性の家は、室内の生活熱も室外に排熱しにくい構造であり、比較的外気温が低い状態であっても室内の生活熱により室温が上がってしまい、強制的に冷房を使用し、室内温度を下げる必要が生じている。   A house with high thermal insulation has a structure in which the indoor heat is not easily exhausted to the outside of the room, and the room temperature rises due to the indoor heat even when the outside air temperature is relatively low. There is a need to lower the room temperature.

このため、家の気密性を維持し、冷房負荷を減らす、或いは冷房を使用すること無しに室内の生活熱を室外へ排熱する構造の開発が望まれている。   For this reason, it is desired to develop a structure that maintains the hermeticity of the house, reduces the cooling load, or exhausts the indoor heat to the outside without using the cooling.

同様に、近年の自動車は、密封性が向上したため、屋外に駐車した状態で冬期に室内が冷え込むことはなくなったが、逆に、夏期は、外気に対して室内の温度が極端に上昇してしまう。   Similarly, in recent automobiles, the sealing performance has improved, so indoors no longer cool down in winter when parked outdoors, but conversely, in summer, the indoor temperature rises dramatically relative to the outside air. End up.

上述の問題は、低温では、熱を放射しにくく、ある温度以上になると熱を放射しやすくなるような材料を用いることで上述の問題は解決できる。   The above-described problem can be solved by using a material that hardly emits heat at a low temperature and easily emits heat at a certain temperature or higher.

人工衛星等の宇宙機に搭載される機器を好適に温度制御するための熱制御機器として、特許文献1及び2に、組成式が(A1−x)MnOで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物が開示されている。この材料は、高温相では絶縁体物質で、低温相では金属的性質を示す相変化物質で、且つ、高温相では熱放射量が大で、低温相では熱放射量が小であるので、この材料を用いることで上述の問題を解決することが可能である。更に、この相変化物質は、組成比を変えることで高温相から低温相に変化する温度(転移温度)を変えることができ、更に、転移温度以下で、急激に熱放射量が小さくなるという性質を持っている。As thermal control devices for suitably controlling the temperature of devices mounted on spacecraft such as artificial satellites, Patent Documents 1 and 2 disclose Mn whose composition formula is represented by (A 1-x B x ) MnO 3. Including perovskite oxides are disclosed. This material is an insulator material in the high temperature phase, a phase change material that exhibits metallic properties in the low temperature phase, and has a large amount of heat radiation in the high temperature phase and a small amount of heat radiation in the low temperature phase. By using materials, it is possible to solve the above-mentioned problems. Furthermore, this phase change material can change the temperature (transition temperature) that changes from the high temperature phase to the low temperature phase by changing the composition ratio, and further, the amount of heat radiation decreases rapidly below the transition temperature. have.

しかしながら、特許文献1で開示されているA1−xMnOで表される相変化物質は転移温度が280−300K(約10〜30℃)である。一方、住宅建材等に用いる場合、転移温度をさらに高くすることが望まれる。However, the phase change material represented by A 1-x B x MnO 3 disclosed in Patent Document 1 has a transition temperature of 280-300 K (about 10 to 30 ° C.). On the other hand, when used for residential building materials, it is desired to further increase the transition temperature.

配分量xを増加させると転移温度を250K→350Kまで変化させることが可能であることが開示されている。しかし配分量xを増加させ、転移温度を高温側にシフトさせた場合、その放射率の変化はなだらかな傾向となり放射率の変化幅Δε(ε高温−ε低温)が小さくなる欠点を有している。
特開平11−217562号公報 特開2002−120799号公報
It is disclosed that when the distribution amount x is increased, the transition temperature can be changed from 250K to 350K. However, when the distribution amount x is increased and the transition temperature is shifted to the high temperature side, the change in emissivity tends to be a gentle tendency, and the emissivity change width Δε (ε high temperature−ε low temperature) becomes small. Yes.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-217562 JP 2002-120799 A

相変化物質(A1−x)MnOであるMnを含んだペロブスカイト酸化物は、配分量xを変えてAおよびBの組成比を変えることで、急激な放射率の変化を示す転移温度(Tc)を任意に変更できる機能性を有しているが、配分量xを増加させた場合、Tcは高温側にシフトしていくが、Tc付近でのその放射率の変化の傾きはなだらかとなり、Δε(ε高温−ε低温)も小さくなってしまう。The perovskite oxide containing Mn, which is a phase change material (A 1-x B x ) MnO 3 , shows a rapid change in emissivity by changing the distribution ratio x and changing the composition ratio of A and B Although the temperature (Tc) has a functionality that can be arbitrarily changed, when the distribution amount x is increased, Tc shifts to the high temperature side, but the slope of the change in emissivity near Tc is It becomes gentle and Δε (ε high temperature−ε low temperature) also becomes small.

図4は、(La1−xSr)MnOの配分量xを変えたときの放射率の温度依存性を示す図である。図4に示されているように、x=0.175および0.2で急激な放射率の変化を見せるTcは283K、309Kで室温に近く、かつ放射率の変化幅Δεは約0.4と最も大きい。FIG. 4 is a diagram showing the temperature dependence of the emissivity when the distribution amount x of (La 1-x Sr x ) MnO 3 is changed. As shown in FIG. 4, Tc is 283 K, 309 K, which is close to room temperature, and emissivity change width Δε is about 0.4 when x = 0.175 and 0.2. And the biggest.

しかし、配分量xが0.2以上では、Tcは高温側にシフトすることは可能であるが、Tc付近でのその放射率の変化はなだらかなになり、更にΔεも小さくなってしまう。   However, when the distribution amount x is 0.2 or more, Tc can be shifted to the high temperature side, but the change of the emissivity in the vicinity of Tc becomes gentle, and Δε also becomes small.

一方、(A1−x)MnOであるMnを含んだペロブスカイト酸化物を住宅建材等に用いる場合、Δεは約0.4と大きい値を持ったTc283K、309Kを、室温よりも高温側にシフトさせる必要があり、Tcを高温側にシフトした場合であってもΔεの大きい材料が望まれている。On the other hand, when a perovskite oxide containing Mn, which is (A 1−x B x ) MnO 3 , is used for a housing building material or the like, Δc has a large value of about 0.4, Tc283K and 309K, higher than room temperature. A material having a large Δε is desired even when Tc is shifted to the high temperature side.

本発明は前述した目的を達成するため、以下に記載される技術構成を採用するものである。   In order to achieve the above-described object, the present invention employs the technical configuration described below.

即ち、本発明は、高温相では絶縁体物質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変化物質を用いて対象物の温度を制御する熱制御装置に用いる相変化物質であって、前記相変化物質が、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物であり、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0<yであることを特徴とする相変化物質であり、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物が、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0.005≦y≦0.1であることがより好ましい。That is, the present invention is an insulator material in the high temperature phase, a metallic property in the low temperature phase, a large amount of heat radiation in the high temperature phase, and a small amount of heat radiation in the low temperature phase. a phase change material used for the thermal control device for controlling the temperature of the object by using the phase change material, perovskite oxide containing Mn represented by (a 1-x B x) Mn 1 + y O 3 A is at least one of La, Pr, Nd, Sm rare earth ions, B is at least one of Ca, Sr, Ba alkaline earth metal ions, and 0 ≦ A perovskite oxide containing Mn represented by (A 1−x B x ) Mn 1 + y O 3 is a phase change material characterized by x <1, 0 <y, and A is La, At least one of the rare earth ions Pr, Nd, Sm, B is a, Sr, at least one of alkaline earth metal ions of Ba, and, more preferably 0 ≦ x <1,0.005 ≦ y ≦ 0.1.

更に、本発明は、高温相では絶縁体物質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変化物質を含む相変化物質層を有し、対象物上に形成することで対象物の温度を制御する熱制御装置であって、前記相変化物質が、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物であり、AはLa、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0<yであることを特徴とする熱制御装置であり、相変化物質は、(A1−xBx)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物が、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0.005≦y≦0.1であることがより好ましい。Furthermore, the present invention is a phase change material that is an insulator material in the high temperature phase, is metallic in the low temperature phase, has a large amount of heat radiation in the high temperature phase, and a small amount of heat radiation in the low temperature phase. has a phase change material layer containing, a thermal control device for controlling the temperature of the object by forming on the object, wherein the phase change material, (a 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 A perovskite oxide containing Mn, wherein A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm, and B is at least of alkaline earth metal ions of Ca, Sr, and Ba 1 and 0 ≦ x <1, 0 <y, and the phase change material is Mn represented by (A 1−x Bx) Mn 1 + y O 3 Perovskite oxide containing A is a rare earth of La, Pr, Nd, Sm At least one of the ions, B is at least one of alkaline earth metal ions of Ca, Sr, and Ba, and 0 ≦ x <1, 0.005 ≦ y ≦ 0.1 Is more preferable.

前記熱制御装置は、前記相変化物質層であり、前記対象物の一方の面に形成された状態でも良い。   The thermal control device is the phase change material layer and may be formed on one surface of the object.

前記熱制御装置は、前記相変化物質層と、基材物質からなる基材物質層とからなり、前記対象物上に、前記基材物質層、前記相変化物質層の順に形成された状態でも良い。前記基材物質は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンであっても良く、あるいは、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンであっても良い。更に、前記基材物質層が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンからなる第1の基材物質層と、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンからなる第2の基材物質層とからなり、前記対象物上に、前記第1の基材物質層、前記第2の基材物質層、前記相変化物質層の順に形成された状態でも良い。   The thermal control device includes the phase change material layer and a base material layer made of a base material, and the base material layer and the phase change material layer are sequentially formed on the object. good. The base material may be zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide or silicon nitride, or strontium titanate, lead zirconate titanate, lanthanum zirconate titanate / lead titanate or aluminum. Lanthanum acid may be used. Furthermore, the base material layer comprises a first base material layer made of zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide or silicon nitride, strontium titanate, lead zirconate titanate, zirconate titanate. A second base material layer made of lanthanum acid lead or lanthanum aluminum acid, and the first base material layer, the second base material layer, and the phase change material layer on the object. It may be formed in the order of.

前記対象物が、建材であっても良い。   The object may be a building material.

前記の相変化物質を含み、自らの温度を制御する熱制御装置であっても良い。この前記熱制御装置が、建材であっても良い。   It may be a thermal control device that includes the phase change material and controls its own temperature. The heat control device may be a building material.

本発明の(A1−x)Mn1+yであるMnを含んだペロブスカイト酸化物は、配分量yを増加することで、Δεは約0.4と大きい値を持った状態を維持して、転移温度Tcを高温側にシフトすることができる。The perovskite oxide containing Mn which is (A 1−x B x ) Mn 1 + y O 3 of the present invention maintains a state where Δε has a large value of about 0.4 by increasing the distribution amount y. Thus, the transition temperature Tc can be shifted to the high temperature side.

本発明の構成を示す、模式的断面図。The typical sectional view showing the composition of the present invention. 本発明の構成を示す、模式的断面図。The typical sectional view showing the composition of the present invention. 本発明の相変化物質の放射率温度依存性を示す図。The figure which shows the emissivity temperature dependence of the phase change substance of this invention. 従来技術の相変化物質の放射率温度依存性を示す図。The figure which shows the emissivity temperature dependence of the phase change material of a prior art. (La1−xSr)MnO膜の膜厚と透過率との関係を示す図。Diagram showing the relationship between the (La 1-x Sr x) the thickness of the MnO 3 layer and the transmittance. (La1−xSr)MnO膜の膜厚200nmと600nmにおける放射率の温度特性を示す図。 (La 1-x Sr x) diagram showing temperature characteristics of emissivity of MnO 3 layer thickness 200nm and 600nm of.

符号の説明Explanation of symbols

1 相変化物質膜
1’ 相変化物質板
2 基材物質膜
3 対象物
4 有機樹脂からなる薄膜(ベースフィルム)
4’ 相変化フィルム
5 相変化物質の粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase change material film | membrane 1 'Phase change material board 2 Base material film | membrane 3 Target object 4 Thin film (base film) which consists of organic resin
4 'Phase change film 5 Phase change material particles

本発明の相変化物質は、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物(AはLa、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0<y)である。The phase change material of the present invention is a perovskite oxide containing Mn represented by (A 1−x B x ) Mn 1 + y O 3 (A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm). , B is at least one of alkaline earth metal ions of Ca, Sr, Ba, and 0 ≦ x <1, 0 <y).

(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物は、Mnの配分量であるyを変えることで、Tcを高温側にシフトさせることができる。Mnの配分量であるyを変え、化学量論比をずらすことで、Tcを高温側にシフトさせても、Tc付近での放射率の変化幅Δεを、化学量論比をずらさない、y=1の場合のΔεと同等にすることが可能となる。The perovskite oxide containing Mn represented by (A 1−x B x ) Mn 1 + y O 3 can shift Tc to the high temperature side by changing y which is the distribution amount of Mn. Even if Tc is shifted to a high temperature side by changing y which is the distribution amount of Mn and shifting the stoichiometric ratio, the change width Δε of the emissivity in the vicinity of Tc is not shifted by the stoichiometric ratio. It becomes possible to make it equal to Δε in the case of = 1.

yは、0.005≦y≦0.1の範囲であることがより好ましい。yが0.1以下であれば、ペロブスカイト型結晶構造を得るための熱処理を、化学量論比をずらさない場合と同じ熱処理温度で行なうことができる。   y is more preferably in the range of 0.005 ≦ y ≦ 0.1. If y is 0.1 or less, the heat treatment for obtaining the perovskite crystal structure can be carried out at the same heat treatment temperature as when the stoichiometric ratio is not shifted.

一方yが0.005以上であれば、化学量論組成の場合と比較して、Tcを高温泡にシフトさせることができる。   On the other hand, if y is 0.005 or more, Tc can be shifted to high-temperature bubbles as compared with the case of the stoichiometric composition.

図3に相変化物質(A1−x)Mn1+yでの放射率の温度特性結果の一例を示す。比較例1および実施例1共にAおよびBの組成比は同じであるが、実施例1はMnを5%過剰(y=0.05)にした放射率の温度特性を示している。FIG. 3 shows an example of a temperature characteristic result of emissivity in the phase change material (A 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 . Although the composition ratios of A and B are the same in both Comparative Example 1 and Example 1, Example 1 shows the temperature characteristics of emissivity with Mn being 5% excess (y = 0.05).

図3の結果より、Mnを過剰にした実施例1のTcはMnを過剰にしていない比較例1と比較して、Tcが高温側にシフトしていることが判り、更にTc付近での放射率の変化の傾向およびΔεも同等であることが確認できる。   From the results of FIG. 3, it can be seen that the Tc of Example 1 in which Mn is excessive is shifted to the high temperature side as compared with Comparative Example 1 in which Mn is not excessive, and radiation near Tc is further observed. It can be confirmed that the tendency of the rate change and Δε are equivalent.

本結果より、AおよびBの組成比を変えるのではなく、Mnの配分量を化学量論比からずらすことで、Tc付近での放射率の変化の傾向およびΔεを化学量論的組成と同等に保持したまま、Tcを高温側にシフトさせることが可能となる。   From this result, instead of changing the composition ratio of A and B, by shifting the distribution amount of Mn from the stoichiometric ratio, the tendency of emissivity change near Tc and Δε are equivalent to the stoichiometric composition. Tc can be shifted to the high temperature side while being held at the same temperature.

この相変化物質は、粒子状、繊維状、膜状、板状、ブロック状などに加工して、熱制御装置に使用することが好ましい。   This phase change material is preferably processed into a particulate shape, a fiber shape, a film shape, a plate shape, a block shape or the like and used in a heat control device.

本発明の熱制御装置を、模式的断面図を用いて詳細に説明する。以下、膜状の相変化物質層を相変化物質膜、板状の相変化物質層を相変化物質板と称している。   The thermal control apparatus of this invention is demonstrated in detail using typical sectional drawing. Hereinafter, the film-like phase change material layer is referred to as a phase change material film, and the plate-like phase change material layer is referred to as a phase change material plate.

図1は、対象物3上に相変化物質膜1が形成された例で、対象物3上に基材物質膜2および相変化物質膜1がこの順に積層されている(図1(a))。このとき、相変化物質膜1と基材物質膜2の部分が熱制御装置になる。基材物質膜2は、相変化物質と対象物3との密着性よりも密着性の良い基材物質からなることが好ましい。相変化物質として、(A1−x)Mn1+yを用いる場合、対象物3の材質にもよるが、基材物質膜2としては、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンからなる第1の基材物質膜と、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンからなる第2の基材物質膜のいずれか一方が形成されている、あるいは、対象物3上に、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンからなる第1の基材物質膜と、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンからなる第2の基材物質膜とがこの順に形成されていても良い。FIG. 1 is an example in which a phase change material film 1 is formed on an object 3, and a base material film 2 and a phase change material film 1 are laminated on the object 3 in this order (FIG. 1A). ). At this time, the portion of the phase change material film 1 and the base material film 2 becomes a heat control device. The substrate material film 2 is preferably made of a substrate material having better adhesion than the adhesion between the phase change material and the object 3. When (A 1−x B x ) Mn 1 + y O 3 is used as the phase change material, depending on the material of the object 3, the base material film 2 includes zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide. Any one of a first base material film made of tantalum oxide or silicon nitride and a second base material film made of strontium titanate, lead zirconate titanate, lanthanum zirconate titanate / lead titanate, or lanthanum aluminate One is formed, or on the object 3, a first base material film made of zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide or silicon nitride, strontium titanate, zirconate titanate Lead acid, lanthanum zirconate titanate / lead or lanthanum aluminum acid The second base material film may be formed in this order.

熱制御装置に用いる場合、第1の基材物質膜の材料としては、熱伝導性の高い材料であることが好ましい。この点で、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは金属がより好ましい。   When used in a thermal control device, the material of the first base material film is preferably a material having high thermal conductivity. In this respect, zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide or metal is more preferable.

チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンからなる第2の基材物質膜は、結晶構造、格子定数が比較的近いので、相変化物質膜を、薄膜形成法を用いて成膜する場合は、対象物3上あるいは第1の基材物質膜上に相変化物質膜を成膜するよりも成膜温度を下げることができる。   The second base material film made of strontium titanate, lead zirconate titanate, lanthanum zirconate titanate / lead, or lanthanum aluminate has a relatively close crystal structure and lattice constant. When the film is formed using the forming method, the film formation temperature can be lowered as compared with the case where the phase change material film is formed on the object 3 or the first base material film.

対象物3の材料として、コンクリート、軽量気泡コンクリートおよび陶器等を用いる場合、相変化物質膜との密着性に問題がないので、対象物3上に直接相変化物質膜1を形成することもできる(図1(b))。   When concrete, lightweight cellular concrete, earthenware, or the like is used as the material of the object 3, there is no problem in adhesion with the phase change material film, and therefore the phase change material film 1 can be directly formed on the object 3. (FIG. 1 (b)).

更に、樹脂、コンクリートあるいはガラス中に相変化物質の粒子5が分散された相変化物質板1’を対象物3に貼り付けても良い(図1(c))。   Further, a phase change material plate 1 ′ in which phase change material particles 5 are dispersed in resin, concrete, or glass may be attached to the object 3 (FIG. 1C).

ガラスあるいは樹脂等の断熱材中に相変化物質を分散後、繊維状にすることもできる。図1(c)に示した例は、有機樹脂やガラス等中に相変化物質を分散し、繊維状に加工された、例えば、ガラスウールのような形状のものを内部に配置した相変化物質板1’であっても良い。この場合、相変化物質がある程度外部環境に接するように、断熱材に対する相変化物質の比率(重量比)を0.5以上とすることが好ましく、1以上とすることがより好ましい。   After the phase change material is dispersed in a heat insulating material such as glass or resin, it can be made into a fibrous form. The example shown in FIG. 1C is a phase change material in which a phase change material is dispersed in an organic resin, glass or the like and processed into a fiber shape, for example, a glass wool-like shape disposed inside. It may be a plate 1 ′. In this case, the ratio (weight ratio) of the phase change material to the heat insulating material is preferably 0.5 or more, and more preferably 1 or more so that the phase change material is in contact with the external environment to some extent.

また、相変化物質を含む熱制御装置を板状やブロック状に形成したもの自体を対象物として使用することもできる。具体的には、この熱制御装置自体を、外壁や瓦などの建材に用いることができる。軽量化のために、強度上問題ない程度までボイドを包含させても構わない。   Moreover, what formed the heat control apparatus containing a phase change substance in plate shape or block shape itself can also be used as a target object. Specifically, the heat control device itself can be used for building materials such as outer walls and roof tiles. For weight reduction, voids may be included to the extent that there is no problem in strength.

図2は、フィルム状の有機樹脂製の薄膜(ベースフィルム4)の一方の面に相変化物質膜1を形成し、他方の面に形成した粘着剤膜を介しベースフィルム4を対象物3に貼り付ける例である。   FIG. 2 shows that a phase change material film 1 is formed on one surface of a film-like organic resin thin film (base film 4), and the base film 4 is attached to an object 3 via an adhesive film formed on the other surface. This is an example of pasting.

有機樹脂製の薄膜からなるベースフィルム4上に相変化物質膜1が形成されている。(図2(a))。ベースフィルム4上の場合、相変化物質膜1を、基材物質膜2を介さずに形成してもベースフィルム4と相変化物質膜1との密着性は良いので問題な形成することができる。   Phase change material film 1 is formed on a base film 4 made of an organic resin thin film. (FIG. 2 (a)). On the base film 4, even if the phase change material film 1 is formed without the base material film 2, the adhesion between the base film 4 and the phase change material film 1 is good, so that it can be formed as a problem. .

ベースフィルム中に相変化物質5を分散して、相変化物質5が分散された相変化フィルム4’を対象物3に貼り付けることもできる(図2(b))。   The phase change material 5 may be dispersed in the base film, and the phase change film 4 ′ in which the phase change material 5 is dispersed may be attached to the object 3 (FIG. 2B).

有機樹脂フィルム上への相変化物質膜の形成は、ペースト状の相変化物質を固化後の膜厚が250nmになるように塗布し、150℃、24時間固化することで形成することができる。   The phase change material film can be formed on the organic resin film by applying a paste-like phase change material so that the film thickness after solidification is 250 nm and solidifying at 150 ° C. for 24 hours.

次に、図1および2で示した構造の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the structure shown in FIGS. 1 and 2 will be described.

相変化物質の製造は、原料となる酸化物、炭酸塩を焼結する焼結法、ゾル・ゲル法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法等を用いて製造することができる。これらの方法は、相変化物質を板状やブロック状にする場合に好適である。もともと必要な形状に成形しても良く、成形物から切り出しても良い。例えば、相変化物質の焼結体から厚さ0.03〜1mmの相変化物質板を切り出し、熱制御装置として対象物に貼り合わせることもできる。   The phase change material can be produced using an oxide as a raw material, a sintering method for sintering carbonate, a sol-gel method, a PLD (Pulsed Laser Deposition) method, or the like. These methods are suitable when the phase change material is in the form of a plate or block. You may shape | mold to a required shape from the first, and may cut out from a molded object. For example, a phase change material plate having a thickness of 0.03 to 1 mm can be cut out from a sintered body of the phase change material and bonded to an object as a heat control device.

また、得られた相変化物質を粉砕して、粒子状にすることもでき、さらにその粒子をバインダ等に混合して膜状や板状にすることもできる。   Further, the obtained phase change material can be pulverized into particles, and the particles can be mixed with a binder or the like to form a film or plate.

また、蒸着法、スパッタリング法、エアロゾルデポジション法、ゾル・ゲル法またはPLD法等の酸化物薄膜形成法を用いて、基材物質膜上、あるいは、対象物上に直接相変化物質膜を形成できる。これらの方法は、膜状にする場合に好適である。   In addition, using an oxide thin film forming method such as vapor deposition, sputtering, aerosol deposition, sol-gel method, or PLD method, a phase change material film is directly formed on a substrate material film or an object. it can. These methods are suitable for forming a film.

基材物質膜は、対象物上に、スパッタ法やCVD法で形成することができる。   The base material film can be formed on the object by sputtering or CVD.

スパッタ法やCVD法を用いて形成する場合は、密着性等の点で、第1の基材物質膜となる、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンからなる膜の膜厚は、10〜100nmが好ましく、20〜50nmがより好ましい。   When formed by sputtering or CVD, a film made of zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide, or silicon nitride that serves as the first base material film in terms of adhesion or the like The film thickness is preferably 10 to 100 nm, and more preferably 20 to 50 nm.

相変化物質膜を成膜する際の成膜温度を下げる目的で、対象物上に、または第1の基材物質膜上に、第2の基材物質膜となるチタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンの膜を第1の基材物質膜と同様にスパッタ法やCVD法を用いて形成する場合、第2の基材物質膜の膜厚は、10〜100nmが好ましく、20〜50nmがより好ましい。   Strontium titanate and zirconate titanate as the second substrate material film on the object or on the first substrate material film for the purpose of lowering the film formation temperature when forming the phase change material film When a film of lead oxide, lanthanum zirconate titanate / lead or lanthanum aluminate is formed by sputtering or CVD in the same manner as the first base material film, the film thickness of the second base material film is 10 to 100 nm is preferable, and 20 to 50 nm is more preferable.

対象物上に第1の基材物質膜と第2の基材物質膜とを積層する場合、第1の基材物質膜と第2の基材物質膜との膜厚の和が20〜200nmであることが好ましく、40〜100nmであることがより好ましい。   When laminating the first base material film and the second base material film on the object, the sum of the film thicknesses of the first base material film and the second base material film is 20 to 200 nm. It is preferable that it is 40-100 nm, and it is more preferable.

基材物質は、例えば、酸化ジルコニウムのように板状に形成できる場合は、厚さ100μm程度の基材物質板として、接着剤を介して貼り付けることもできる。本明細書では、基材物質膜又は基材物質板で形成した基材物質からなる層を基材物質層と称している。   In the case where the base material can be formed into a plate shape, such as zirconium oxide, for example, it can be attached as a base material plate having a thickness of about 100 μm via an adhesive. In the present specification, a layer made of a base material formed by a base material film or a base material plate is referred to as a base material layer.

対象物の材質として建材としては、ガラス、コンクリート、軽量気泡コンクリートおよび陶器等があげられる。ガラスは、室内に明かりを取り入れる窓ガラスとして用いられ、コンクリートや軽量気泡コンクリートは、壁材として用いられる。厚さの薄い場合、ボードと称されることもある。陶器は、瓦等に用いられることが多い。   Examples of the building material of the object include glass, concrete, lightweight cellular concrete, and pottery. Glass is used as a window glass for taking light into the room, and concrete or lightweight cellular concrete is used as a wall material. When the thickness is thin, it may be called a board. Pottery is often used for roof tiles.

相変化物質膜の製造に焼結法を用いる場合は、(La1−xSr)Mn1+yを例にすると、原料酸化物あるいは炭酸塩(La、SrCO、Mn)を所望の組成比になるように秤量、混合し、1000〜1200℃で仮焼する。仮焼後、ボールミル等を用い仮焼された相変化物質を粉砕し、粒子状にし、エチルセルロース等のバインダ樹脂を混入しペースト状にし、対象物又は基材物質膜上に塗布した後、焼結することで形成することができる。When using a sintering method for the preparation of the phase change material layer, when the (La 1-x Sr x) Mn 1 + y O 3 as an example, the raw material oxide or carbonate (La 2 O 3, SrCO 3 , Mn 3 O 4 ) is weighed and mixed so as to have a desired composition ratio, and calcined at 1000 to 1200 ° C. After calcination, the phase-change material calcined using a ball mill or the like is pulverized, granulated, mixed with a binder resin such as ethyl cellulose, pasted, applied onto the object or substrate material film, and then sintered. By doing so, it can be formed.

相変化物質膜の膜厚は、0.05〜100μmであることが好ましく、0.1〜30μmであることがより好ましい。厚さが0.05μm以上であれば、転移点Tc付近での熱放射率の変化△εが極端に小さくなることはなく、厚さが0.1μm以上であればTc付近での熱放射率の変化△εは、化学量論比がずれていない場合の熱放射率の変化△εと同等である。厚さの上限は、熱放射特性で決まるものではないが、相変化物質膜の密度が6g/cmと大きいため厚くしすぎると熱制御装置の重量が重くなる、また、相変化物質は、gあたりの材料単価が高いので材料コストが高くなりすぎるので好ましくないので、厚さは、100μm以下が好ましく、30μm以下であることがより好ましい。The thickness of the phase change material film is preferably 0.05 to 100 μm, and more preferably 0.1 to 30 μm. If the thickness is 0.05 μm or more, the change Δε of thermal emissivity in the vicinity of the transition point Tc does not become extremely small, and if the thickness is 0.1 μm or more, the thermal emissivity in the vicinity of Tc. The change Δε is equivalent to the change Δε in thermal emissivity when the stoichiometric ratio is not shifted. The upper limit of the thickness is not determined by the thermal radiation characteristics, but since the density of the phase change material film is as large as 6 g / cm 3 , if it is too thick, the weight of the thermal control device becomes heavy. Since the material unit price per g is high, the material cost becomes too high, which is not preferable. Therefore, the thickness is preferably 100 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

対象物として、建物の外壁に用いられるコンクリートボードを例にして、図1(a)、(b)の製造方法をより具体的に説明する。   The concrete manufacturing method shown in FIGS. 1A and 1B will be described more specifically by taking a concrete board used for an outer wall of a building as an example.

コンクリートボードに貼り付けられた厚さ50μmの市販の酸化ジルコニウム板の上に、焼結後の膜厚が5μmになるように相変化物質が混入されたペーストを塗布し、1200℃で焼結することで図1(a)の構造の熱制御装置が完成する。酸化ジルコニウム(基材物質)の重量が問題になる場合、相変化物質膜の厚膜を形成した後に酸化ジルコニウムの基材を研磨等によって25μm程度に薄くした後、コンクリートボードに貼り付けることが好ましい。   A paste mixed with a phase change material is applied onto a commercially available zirconium oxide plate having a thickness of 50 μm that is affixed to a concrete board so that the film thickness after sintering is 5 μm, and is sintered at 1200 ° C. This completes the thermal control device having the structure of FIG. When the weight of zirconium oxide (base material) becomes a problem, it is preferable to form a thick layer of the phase change material film and then thin the zirconium oxide base material to about 25 μm by polishing or the like and then apply it to a concrete board. .

上述の構造の場合、コンクリートボード上に直接、焼結後の膜厚が5μmになるように相変化物質が混入されたペーストを塗布し、700〜1500℃で焼結しても良い。この場合は、図1(b)の構造の熱制御装置を得ることができる。   In the case of the above-described structure, a paste mixed with a phase change material may be applied directly on a concrete board so that the film thickness after sintering becomes 5 μm and sintered at 700 to 1500 ° C. In this case, a thermal control device having the structure shown in FIG. 1B can be obtained.

焼成温度は700℃以上であれば相変化物質膜および後述の基材物質膜を形成することができる。焼結温度の上限は特に1500℃なら限られるものではなく、1500℃以上であっても問題ないが、1500℃を超えると、焼結するための炉体や、ヒーター等に設計余裕度がなくなるので、1500℃を超える必要はない。   If the firing temperature is 700 ° C. or higher, a phase change material film and a base material film described later can be formed. The upper limit of the sintering temperature is not particularly limited to 1500 ° C., and even if it is 1500 ° C. or higher, there is no problem. However, if it exceeds 1500 ° C., there is no design margin in the furnace body and heater for sintering. Therefore, it is not necessary to exceed 1500 ° C.

焼結法を用いて相変化物質膜を対象物上に形成する場合、焼結温度が700℃以上であれば、粒径に関係なく平坦な膜となるので、特に粒径を規定する必要はない。   When a phase change material film is formed on an object using a sintering method, if the sintering temperature is 700 ° C. or higher, a flat film is obtained regardless of the particle diameter. Absent.

樹脂やセラミックス、ガラス中に相変化物質の粒子5を分散させた相変化物質板1’を対象物3に貼り合わせることで図1(c)の構造の熱制御装置を製造することもできる。また、相変化物質板1’自体を対象物とすることもできる。   The thermal control device having the structure shown in FIG. 1C can be manufactured by attaching a phase change material plate 1 ′ in which particles 5 of phase change material are dispersed in resin, ceramics, or glass to the object 3. Further, the phase change material plate 1 ′ itself can be used as an object.

図2の構造は、有機樹脂製のベースフィルム上に、相変化物質膜を形成したものである。   The structure of FIG. 2 is obtained by forming a phase change material film on a base film made of an organic resin.

膜厚25μmの有機樹脂製のベースフィルムの一方の面に、上述の相変化物質の粒子を混入したペーストを乾燥後の膜厚が5μmになるように塗布し、150℃、24時間乾燥することで相変化物質膜が形成された相変化フィルムが得られる。   Apply a paste mixed with the above-mentioned phase change substance particles on one surface of a base film made of organic resin with a film thickness of 25 μm so that the film thickness after drying is 5 μm, and dry at 150 ° C. for 24 hours. A phase change film having a phase change material film formed thereon is obtained.

相変化物質膜の膜厚は、ガラスに貼り付けるウインドウフィルムの場合は、透過度等を考慮して、薄い方が好ましく、2〜10μm程度の厚さが好ましく、建材等に貼り付ける場合は、最大で固化後の膜厚が75μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。   In the case of a window film to be attached to glass, the thickness of the phase change material film is preferably thinner in consideration of the transmittance and the like, and preferably has a thickness of about 2 to 10 μm. The maximum film thickness after solidification is preferably 75 μm or less, and more preferably 50 μm or less.

固化後の膜厚が75μmを越えなければ、建材の重量が重くなりすぎることがないので作業に支障をきたすことがない。   If the film thickness after solidification does not exceed 75 μm, the weight of the building material will not be too heavy, and the work will not be hindered.

この場合、粉砕された相変化物質の粒子を、有機樹脂に混入したペーストを用いることが好ましい。有機樹脂は、相変化物質の粒子を混入した状態で、ペースト状になる材料であれば特に制限はないが、塗布状態での密着性を考慮すると熱硬化樹脂を用いることが好ましい。   In this case, it is preferable to use a paste obtained by mixing pulverized phase change material particles in an organic resin. The organic resin is not particularly limited as long as it is a paste-like material in which phase change material particles are mixed, but it is preferable to use a thermosetting resin in consideration of adhesion in an applied state.

相変化物質の粒径は、対象物がガラスの場合、相変化物質膜の表面の平坦性が要求されるので、固化することで形成される熱硬化樹脂の膜厚よりも粒径の最大値が小さいことが好ましく、粒径の最大値が膜厚の85%以下であることがより好ましく、60%以下であることがさらに好ましい。   When the target is glass, the phase change material particle size is required to be flat on the surface of the phase change material film. Therefore, the maximum value of the particle size is larger than the film thickness of the thermosetting resin formed by solidification. Is preferably small, and the maximum value of the particle diameter is more preferably 85% or less of the film thickness, and further preferably 60% or less.

一方、対象物がガラス以外の場合、相変化物質膜の表面の平坦性は要求されないので、相変化物質の粒径は、固化後、相変化物質の粒子が熱硬化樹脂の表面から過度に露出して、表面に機械的な衝撃が加わった際に、熱硬化樹脂から欠落しない程度の粒径であることが好ましい。この場合、相変化物質の粒径は、固化後の熱硬化樹脂の膜厚の120%以下であることが好ましく、100%以下であることがより好ましく、80%以下であることがさらに好ましい。   On the other hand, since the surface of the phase change material film is not required to be flat if the object is other than glass, the particle size of the phase change material is excessively exposed from the surface of the thermosetting resin after solidification. And it is preferable that it is a particle size of the grade which is not missing from a thermosetting resin when a mechanical impact is added to the surface. In this case, the particle diameter of the phase change material is preferably 120% or less of the film thickness of the thermosetting resin after solidification, more preferably 100% or less, and even more preferably 80% or less.

対象物に相変化フィルムを貼り付けるために、相変化フィルムの相変化物質膜が形成された面と対向する面に粘着剤膜を形成し、対象物に粘着剤膜を介して相変化フィルムを貼り付けることで図2(a)の構造を得ることができる。   In order to attach the phase change film to the object, an adhesive film is formed on the surface of the phase change film opposite to the surface on which the phase change material film is formed, and the phase change film is attached to the object via the adhesive film. By pasting, the structure of FIG. 2A can be obtained.

有機樹脂は、相変化フィルムに可視光領域で透明性を求められる場合は、ポリカーボネート樹脂やメタクリル樹脂等の透明性の高い樹脂を用いることが好ましく、相変化フィルムの用途により適切な有機樹脂を適宜選択できる。   When the organic resin is required to have transparency in the visible light region of the phase change film, it is preferable to use a highly transparent resin such as a polycarbonate resin or a methacrylic resin, and an appropriate organic resin is appropriately used depending on the use of the phase change film. You can choose.

粘着剤膜は、通常の粘着剤膜を用いることができるので詳細な説明は省略する。   Since a normal adhesive film can be used as the adhesive film, detailed description is omitted.

図2(a)の製法の説明では、ベースフィルム面に粘着剤膜を形成し、対象物に貼り付けるように説明してきたが、対象物の相変化フィルムを貼り付ける面に粘着剤膜を形成し、相変化フィルムを貼り付けても良い。   In the description of the manufacturing method in FIG. 2 (a), it has been described that an adhesive film is formed on the surface of the base film and attached to the object. However, an adhesive film is formed on the surface of the object on which the phase change film is applied. Then, a phase change film may be attached.

相変化物質を有機樹脂に混入し、膜厚25μmの相変化フィルムを形成し、一方の面に粘着剤膜を形成し、対象物に貼り付けることもできる。   A phase change material can be mixed in an organic resin to form a phase change film with a film thickness of 25 μm, and an adhesive film can be formed on one surface and attached to an object.

この場合、相変化フィルムをロール状に形成し、ロールから直接対象物に相変化フィルムを貼り付けるのであれば、相変化フィルムにテンションをかけて貼り付けることができるので、相変化フィルムの膜厚は1〜5μm程度と極薄くすることができる。一方、フィルム状の薄膜を、壁紙を貼るように対象物に貼り付ける場合は、相変化フィルムの平面性を保つために、相変化フィルムの膜厚は、15μm以上あることが好ましい。   In this case, if the phase change film is formed in a roll shape and the phase change film is applied directly to the object from the roll, the phase change film can be applied with tension, so the film thickness of the phase change film Can be as thin as about 1 to 5 μm. On the other hand, when a film-like thin film is attached to an object such as wallpaper, the phase change film preferably has a thickness of 15 μm or more in order to maintain the flatness of the phase change film.

相変化フィルムを対象物上に貼るのであれば、15〜100μm程度の膜厚であることが好ましい。厚さが1mm程度の板状になれば、図1(c)と同様に相変化物質の粒子を分散させた相変化物質板を対象物に貼り合わせたのと同じ構造とすることもできる。また、それ自体を対象物とすることもできる。   If a phase change film is stuck on a target object, it is preferable that it is a film thickness of about 15-100 micrometers. If the plate has a thickness of about 1 mm, it can have the same structure as that in which the phase change material plate in which the particles of the phase change material are dispersed is bonded to the object as in FIG. It can also be the object itself.

ペーストを形成する場合、バインダ樹脂と相変化物質との割合、あるいは有機樹脂(熱硬化樹脂)との割合は特に制限がなく、焼結後あるいは固化後の所望の厚さにするための膜厚が、塗布により均一になるように調合すれば良い。有機樹脂フィルムに塗布後固化する場合は、相変化物質の熱硬化樹脂に対する割合が、少なすぎると相変化物質の機能を十分に発揮できなくなるので、30重量%以上が好ましく、50重量%以上であることがより好ましい。上限は、均一な膜厚で塗布可能な粘度を持っていれば良く、形成する膜厚や使用する熱硬化樹脂の材質により適宜選択することができる。   When forming the paste, the ratio of the binder resin and the phase change material, or the ratio of the organic resin (thermosetting resin) is not particularly limited, and the film thickness is set to a desired thickness after sintering or solidification. However, it may be prepared so as to be uniform by coating. When solidifying after application to an organic resin film, if the ratio of the phase change material to the thermosetting resin is too small, the function of the phase change material cannot be fully exhibited, so 30% by weight or more is preferable, and 50% by weight or more. More preferably. The upper limit only needs to have a viscosity capable of being applied with a uniform film thickness, and can be appropriately selected depending on the film thickness to be formed and the material of the thermosetting resin to be used.

図1(a)の構造の熱制御装置での熱制御がどのように行なわれるかを説明する。   A description will be given of how thermal control is performed in the thermal control device having the structure of FIG.

以下に本発明の熱制御装置を、対象物としてコンクリートボードを用いた具体例を示しながら説明する。   Hereinafter, the thermal control device of the present invention will be described with reference to a specific example using a concrete board as an object.

対象物3(コンクリートボード)の温度が上がると、基材物質膜2を伝導して相変化物質膜1の温度が上昇し、熱放射率が高くなることで相変化物質膜から熱が外部へ放射され、対象物3の温度上昇を防止する。一方対象物3の温度が下がると、相変化物質膜1の温度が下がることで熱放射率が低下し、相変化物質膜1表面からの熱放射を小さくして対象物3の温度低下を防止する作用がある。   When the temperature of the object 3 (concrete board) rises, the temperature of the phase change material film 1 rises through the base material film 2 and the heat emissivity increases, so that heat is transferred from the phase change material film to the outside. Radiated to prevent the temperature of the object 3 from rising. On the other hand, when the temperature of the object 3 is lowered, the temperature of the phase change material film 1 is lowered, so that the thermal emissivity is lowered and the heat radiation from the surface of the phase change material film 1 is reduced to prevent the temperature of the object 3 from being lowered. Has the effect of

建材としてガラスを用いた場合、ガラスは窓ガラスとして用いられる。窓ガラスに用いる場合、ある程度光を透過することが要求される。相変化物質膜は透過率が低いので他の建材と同等の条件では可視光を透過できない場合があるので、上述の実施形態の変形例として窓ガラスに用いる例を詳細に説明する。   When glass is used as a building material, the glass is used as a window glass. When used for a window glass, it is required to transmit light to some extent. Since the phase change material film has a low transmittance, it may not be able to transmit visible light under the same conditions as other building materials. Therefore, an example used for a window glass will be described in detail as a modification of the above-described embodiment.

本発明の相変化物質は、(A1−x)MnOで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物のMnの化学量論比をずらした(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物である。膜厚と透過率および膜厚とΔεとの関係は(A1−x)MnOで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物とほぼ同等のものであるので、(La1−xSr)MnOを用いて説明する。The phase change material of the present invention has a Mn stoichiometric ratio of perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x B x ) MnO 3 (A 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 is a perovskite oxide containing Mn. Since the relationship between the film thickness and the transmittance and the film thickness and Δε is substantially equivalent to the perovskite oxide containing Mn represented by (A 1−x B x ) MnO 3 , (La 1−x Sr x ) Description will be made using MnO 3 .

(La1−xSr)MnO膜の場合の膜厚と透過率との関係を図5に示す。FIG. 5 shows the relationship between the film thickness and the transmittance in the case of the (La 1-x Sr x ) MnO 3 film.

光学薄膜の透過率(p)は、式(1)から算出することができる。   The transmittance (p) of the optical thin film can be calculated from the equation (1).

p=exp(−4πk・d/λ) (1)
式(1)で、kは消衰係数、dは物質の厚さ、λは真空中での光の波長である。
p = exp (−4πk · d / λ) (1)
In equation (1), k is the extinction coefficient, d is the thickness of the material, and λ is the wavelength of light in vacuum.

(La1−xSr)MnOの消衰係数(k)は、可視光域である波長0.25〜0.8μmの範囲では約0.2〜0.3である。The extinction coefficient (k) of (La 1-x Sr x ) MnO 3 is about 0.2 to 0.3 in the wavelength range of 0.25 to 0.8 μm that is the visible light region.

図5は、波長λが、0.5μmのときの(La1−xSr)MnO膜の膜厚と透過率との関係で、消衰係数(k)が、0.2、0.25、0.3としたときの透過率と膜厚との関係が示されている。以下の説明は、消衰係数(k)が0.25として説明している。FIG. 5 shows the relationship between the film thickness and transmittance of the (La 1-x Sr x ) MnO 3 film when the wavelength λ is 0.5 μm, and the extinction coefficient (k) is 0.2, 0,. The relationship between the transmittance and the film thickness when the values are 25 and 0.3 is shown. In the following description, the extinction coefficient (k) is 0.25.

窓ガラスの相変化物質として、(La1−xSr)MnOを用いる場合、透過率は、5%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。As the phase change material of the glazing, when using the (La 1-x Sr x) MnO 3, the transmittance, preferably at least 5%, more preferably 20% or more, is 30% or more More preferably.

透過率が5%以上であれば、外部からの光を室内に取り込むことができるので外部を室内から見ることができる。透過率20%以上あれば、通常用いられる窓ガラスとの違和感は、さほど感じられず、透過率が30%以上あればまったく感じないといえる。   If the transmittance is 5% or more, light from the outside can be taken into the room, so that the outside can be seen from the room. If the transmittance is 20% or more, the feeling of discomfort with the normally used window glass is not so much felt, and if the transmittance is 30% or more, it can be said that it is not felt at all.

膜厚が500nm以下であれば、透過率5%を確保でき、250nm以下であれば透過率20%を、200nm以下であれば透過率30%をほぼ確保することができる。   If the film thickness is 500 nm or less, a transmittance of 5% can be secured, if it is 250 nm or less, the transmittance is 20%, and if it is 200 nm or less, the transmittance of 30% can be almost secured.

図6は、膜厚200nmと600nmの相変化物質膜の放射率の温度特性を示す図である。膜厚を薄くすると、Tcが高くなりΔεが小さくなる傾向が見られるが、膜厚200nmでは特に問題になるほどではなく、膜厚100nmまでは問題ないことが確認されている。膜厚が100nm未満、特に50nm未満になるとΔεが小さくなり温度による放射率に差がなくなる。   FIG. 6 is a diagram showing temperature characteristics of emissivity of phase change material films having a film thickness of 200 nm and 600 nm. When the film thickness is decreased, Tc tends to increase and Δε tends to decrease. However, it is confirmed that there is no problem at a film thickness of 200 nm, and there is no problem up to a film thickness of 100 nm. When the film thickness is less than 100 nm, particularly less than 50 nm, Δε becomes smaller and there is no difference in emissivity due to temperature.

この結果、膜厚は、50〜500nmが好ましく、100〜250nmがより好ましい。   As a result, the film thickness is preferably 50 to 500 nm, and more preferably 100 to 250 nm.

焼結法を用いる場合、焼結温度が700℃以下であると、相変化物質の焼結が十分に行なわれなくなるので、窓ガラスのベースとなるガラス板としては軟化点が700℃以上であるガラス板が好ましく、ホウ珪酸ガラス製あるいは石英ガラス製のガラス板を用いることが好ましい。   When the sintering method is used, if the sintering temperature is 700 ° C. or lower, the phase change material is not sufficiently sintered, so that the softening point is 700 ° C. or higher for the glass plate serving as the base of the window glass. A glass plate is preferable, and a glass plate made of borosilicate glass or quartz glass is preferably used.

図1(a)(b)の構造の窓ガラスの機能を説明する。図1(b)と図1(a)との違いは、基材物質膜がガラス板と相変化物質膜との間に形成されている点であるが、基材物質膜の厚さはガラス板に比べて十分薄いので、基材物質膜が設けられていない図1(a)の構造のガラスと同じ動作を行なう。   The function of the window glass having the structure shown in FIGS. 1A and 1B will be described. The difference between FIG. 1 (b) and FIG. 1 (a) is that the base material film is formed between the glass plate and the phase change material film. Since it is sufficiently thin as compared with the plate, the same operation as that of the glass having the structure of FIG.

相変化物質膜1の温度が転移温度Tcより高い場合、相変化物質膜1の放射率は高く窓ガラスの熱放射量は増加する。   When the temperature of the phase change material film 1 is higher than the transition temperature Tc, the emissivity of the phase change material film 1 is high and the amount of thermal radiation of the window glass increases.

これに対し、相変化物質膜1の温度が転移温度Tcより低い場合、相変化物質膜1の放射率は低下し窓ガラスの熱放射量は低下する。   On the other hand, when the temperature of the phase change material film 1 is lower than the transition temperature Tc, the emissivity of the phase change material film 1 decreases and the thermal radiation amount of the window glass decreases.

この結果、図1の構造の窓ガラスを住宅等の窓ガラスとして用いた場合、
1.夏期に外気の温度が比較的低く、窓を閉め切っておくと室内の温度が外気よりも高くなるような、北海道・東北地方あるいは高冷地において、窓を閉め切った状態の温度が低減できるので室内の冷房を行なわなくてもよいことになる。
2.1の場合は室外から室内への熱流入を促進するので、必ずしも冷房効率を上げることはできない。
As a result, when the window glass of the structure of FIG. 1 is used as a window glass of a house,
1. The temperature of the closed window can be reduced in the Hokkaido / Tohoku region or in high-cold areas where the temperature of the outside air is relatively low in summer and the indoor temperature becomes higher than the outside air if the window is closed. Therefore, it is not necessary to perform the air conditioning.
In the case of 2.1, since heat inflow from the outdoor to the indoor is promoted, the cooling efficiency cannot always be improved.

更に、自動車の窓ガラスにLow−Eガラスを使い、その上に本発明の相転移物質膜を着膜すれば、夏期の炎天下に駐車しても、自動車の車内の温度が外気以上に上昇することを緩和できる。   Furthermore, if Low-E glass is used for the window glass of an automobile and the phase change material film of the present invention is formed on the glass, the temperature inside the automobile will rise above the outside air even if the vehicle is parked under the hot weather in summer. Can alleviate this.

図1(a)の構造の、ホウ珪酸ガラスからなるガラス板を対象物として用いている窓ガラスは、下記の方法で製造することができる。   The window glass which uses the glass plate which consists of borosilicate glass of the structure of Fig.1 (a) as a target object can be manufactured with the following method.

Mnを含んだペロブスカイト酸化物として(La1−xSr)Mn1+yを用いた場合、原料酸化物あるいは炭酸塩(La、SrCO、Mn)を所望の組成比になるように秤量、混合し、1000〜1200℃で仮焼する。焼結後、ボールミル等を用い仮焼された相変化物質を粉砕し、粉末状にし、エチルセルロース等のバインダ樹脂を混入しペースト状にし、ガラス板又は基材物質膜上に塗布することで形成することができる。When using as inclusive perovskite oxide Mn (La 1-x Sr x ) Mn 1 + y O 3, the desired composition ratio of the raw material oxide or carbonate (La 2 O 3, SrCO 3 , Mn 2 O 3) Weigh and mix so as to be calcined at 1000 to 1200 ° C. After sintering, the phase change material calcined using a ball mill or the like is pulverized, powdered, mixed with a binder resin such as ethyl cellulose, pasted, and formed on a glass plate or substrate material film. be able to.

図2のように有機樹脂フィルムからなるベースフィルム上に相変化物質膜を形成したウインドウフィルムを、ガラス板上に貼り付ける場合、ベースフィルムは、透明度が高く、耐熱性のある樹脂が好ましく、アクリル樹脂や環状オレフィン樹脂が好ましい。   When a window film in which a phase change material film is formed on a base film made of an organic resin film as shown in FIG. 2 is pasted on a glass plate, the base film is preferably a resin having high transparency and heat resistance. Resins and cyclic olefin resins are preferred.

ウインドウフィルムをロール状にし、ロールからガラス板上にウインドウフィルムを直接貼り付けるのであれば、ウインドウフィルムにテンションをかけて貼り付けることができるので、ベースフィルムの膜厚は1〜5μm程度と極薄くすることができる。一方、フィルム状の薄膜を、壁紙を貼るように対象物に貼り付ける場合は、ウインドウフィルムの平面性を保つために、ベースフィルムの膜厚は、15μm以上あることが好ましい。   If the window film is made into a roll shape and the window film is directly applied from the roll onto the glass plate, the window film can be applied with tension. can do. On the other hand, when a film-like thin film is attached to an object such as wallpaper, the base film preferably has a thickness of 15 μm or more in order to maintain the flatness of the window film.

ウインドウフィルムを対象物上に貼るのであれば、15〜100μm程度の膜厚であることが好ましい。   If the window film is pasted on the object, the film thickness is preferably about 15 to 100 μm.

有機樹脂フィルムの相変化物質膜の形成された面と対向する面に粘着剤(不図示)が形成されていることが好ましい。ロールからガラス板上に有機樹脂フィルムを貼り付ける場合は粘着剤をガラス上に形成しても良い。   An adhesive (not shown) is preferably formed on the surface of the organic resin film that faces the surface on which the phase change material film is formed. When an organic resin film is stuck on a glass plate from a roll, an adhesive may be formed on the glass.

尚、ベースフィルムの膜厚は、ガラス板以外の対象物、例えば、コンクリート等であっても同様である。   The film thickness of the base film is the same even for an object other than a glass plate, such as concrete.

<実施例1>
熱放射率を測定する試料を以下の手法にて作製した。まず、(La0.78Sr0.12Ca0.10)Mn1+0.05という組成比になるように原料酸化物および炭酸塩である、La、SrCO、Mn、CaCOを秤量・混合し1000℃〜1200℃で焼成し粉砕した粉末を粉砕し、バインダ樹脂と1:1の重量で混入したペーストを作り、40mm角のジルコニア基板上にスクリーン印刷法を用いて焼成後の厚さ10μmになるよう塗布にし、1000℃で120分焼成した。
<Example 1>
A sample for measuring thermal emissivity was prepared by the following method. First, La 2 O 3 , SrCO 3 , Mn 3 O 4 which are raw material oxides and carbonates so as to have a composition ratio of (La 0.78 Sr 0.12 Ca 0.10 ) Mn 1 + 0.05 O 3 , CaCO 3 was weighed and mixed, baked at 1000 ° C to 1200 ° C and pulverized powder was pulverized to make a paste mixed with binder resin at 1: 1 weight, and screen printing method was used on 40 mm square zirconia substrate Then, it was coated so that the thickness after firing was 10 μm, and fired at 1000 ° C. for 120 minutes.

<比較例1>
(La0.78Sr0.12Ca0.10)MnOという組成比になるよう原料酸化物および炭酸塩である、La、SrCO、MnO、CaCOを秤量・混合し1000℃〜1200℃で焼成し粉砕した粉末を粉砕し、バインダ樹脂と1:1の重量で混入したペーストを作り、40mm角のジルコニア基板上にスクリーン印刷法を用いて焼成後の厚さ10μmになるよう塗布にし、1000℃で120分焼成した。
<Comparative Example 1>
(La 0.78 Sr 0.12 Ca 0.10 ) MnO 3 The raw material oxide and carbonate, La 2 O 3 , SrCO 3 , MnO 2 and CaCO 3 were weighed and mixed to obtain a composition ratio of 1000 Crush the powder baked and crushed at ℃ ~ 1200 ℃, make a paste mixed with the binder resin at a weight of 1: 1, and the thickness after firing using a screen printing method on a 40mm square zirconia substrate to 10μm Then, it was baked at 1000 ° C. for 120 minutes.

比較例1および実施例1の試料を用いて170K〜380Kの温度範囲で熱放射率を測定した結果を図3に示す。   The results of measuring the thermal emissivity in the temperature range of 170K to 380K using the samples of Comparative Example 1 and Example 1 are shown in FIG.

図3に示すように、比較例1のTcは320K,実施例1のTcは334Kであった。   As shown in FIG. 3, the Tc of Comparative Example 1 was 320K, and the Tc of Example 1 was 334K.

主組成比を一定にしたままMn比を化学量論比からずらした、(La0.78Sr0.12Ca0.10)Mn1+0.05は、転移温度付近での放射率の変化の傾向および高温側と低温側での放射率の変化幅Δεは、化学量論通りのMn比である(La0.78Sr0.12Ca0.10)MnOの放射率の変化幅Δεを変えずにTcを上昇させることができた。(La 0.78 Sr 0.12 Ca 0.10 ) Mn 1 + 0.05 O 3 in which the Mn ratio was shifted from the stoichiometric ratio while maintaining the main composition ratio is a change in emissivity near the transition temperature. The emissivity change width Δε between the high temperature side and the low temperature side is the Mn ratio according to the stoichiometry (La 0.78 Sr 0.12 Ca 0.10 ) MnO 3 emissivity change width Δε. Tc could be increased without changing the value.

Claims (13)

高温相では絶縁体物質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変化物質を用いて対象物の温度を制御する熱制御装置に用いる相変化物質であって、前記相変化物質が、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物であり、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0<yであることを特徴とする相変化物質であって、かつ(A 1−x )MnO で表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物よりも相変化温度が高いことを特徴とする相変化物質。 It is an insulator material in the high-temperature phase, a metallic property in the low-temperature phase, a large amount of heat radiation in the high-temperature phase, and a small amount of heat radiation in the low-temperature phase. A phase change material used in a thermal control device for controlling temperature, wherein the phase change material is a perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 , wherein A is , La, Pr, Nd, Sm, at least one of rare earth ions, B is at least one of Ca, Sr, Ba alkaline earth metal ions, and 0 ≦ x <1, 0 < a phase change material characterized by being y and having a phase change temperature higher than that of a perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x B x ) MnO 3 Change substance. 前記(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物が、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0.005≦y≦0.1であることを特徴とする請求項1に記載の相変化物質。The perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 is such that A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm, B is Ca, The phase change according to claim 1, wherein the phase change is at least one of alkaline earth metal ions of Sr and Ba, and 0 ≦ x <1, 0.005 ≦ y ≦ 0.1. material. 高温相では絶縁体物質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変化物質を含む相変化物質層を有し、対象物上に形成することで対象物の温度を制御する熱制御装置であって、
前記相変化物質が、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物であり、AはLa、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0<yであることを特徴とする熱制御装置。
Phase change material layer comprising a phase change material that is an insulator material in the high temperature phase, a metallic property in the low temperature phase, and a large amount of heat radiation in the high temperature phase and a small amount of heat radiation in the low temperature phase. A thermal control device that controls the temperature of the object by forming on the object,
The phase change material is a perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 , wherein A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm , B is at least one of alkaline earth metal ions of Ca, Sr, and Ba, and 0 ≦ x <1, 0 <y.
前記(A1−xBx)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物が、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0.005≦y≦0.1であることを特徴とする請求項3に記載の熱制御装置。The perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x Bx) Mn 1 + y O 3 is characterized in that A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm, and B is Ca, Sr. The thermal control device according to claim 3, wherein the thermal control device is at least one of alkaline earth metal ions of Ba and 0 ≦ x <1, 0.005 ≦ y ≦ 0.1. . 前記熱制御装置は、前記相変化物質層であり、前記対象物の一方の面に形成されることを特徴とする請求項3または4に記載の熱制御装置。  The thermal control device according to claim 3, wherein the thermal control device is the phase change material layer and is formed on one surface of the object. 前記熱制御装置は、前記相変化物質層と、基材物質からなる基材物質層とからなり、前記対象物上に、前記基材物質層、前記相変化物質層の順に形成されることを特徴とする請求項3または4に記載の熱制御装置。  The thermal control device includes the phase change material layer and a base material layer made of a base material, and is formed on the object in the order of the base material layer and the phase change material layer. The thermal control device according to claim 3 or 4, characterized by the above. 前記基材物質が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンであることを特徴とする請求項6に記載の熱制御装置。  The thermal control apparatus according to claim 6, wherein the base material is zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide, or silicon nitride. 前記基材物質が、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンであることを特徴とする請求項6に記載の熱制御装置。  7. The thermal control device according to claim 6, wherein the base material is strontium titanate, lead zirconate titanate, lanthanum zirconate titanate / lead, or lanthanum aluminate. 前記基材物質層が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化タンタルあるいは窒化シリコンからなる第1の基材物質層と、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン・鉛あるいはアルミニウム酸ランタンからなる第2の基材物質層とからなり、
前記対象物上に、前記第1の基材物質層、前記第2の基材物質層、前記相変化物質層の順に形成されることを特徴とする請求項6に記載の熱制御装置。
A first base material layer made of zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide or silicon nitride; and strontium titanate, lead zirconate titanate, lanthanum zirconate titanate. A second substrate material layer made of lead or lanthanum aluminate,
The thermal control apparatus according to claim 6, wherein the first base material layer, the second base material layer, and the phase change material layer are formed on the object in this order.
前記対象物が、建材であることを特徴とする請求項3〜9のいずれかに記載の熱制御装置。  The thermal control device according to claim 3, wherein the object is a building material. 高温相では絶縁体物質であり、低温相では金属的性質であり、且つ、高温相では熱放射量が大であり、低温相では熱放射量が小である相変化物質を含み、自らの温度を制御する熱制御装置であって、
前記相変化物質が、(A1−x)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物であり、AはLa、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0<yであることを特徴とする熱制御装置。
It contains an insulator material in the high temperature phase, a metallic property in the low temperature phase, a large amount of heat radiation in the high temperature phase, and a small amount of heat radiation in the low temperature phase. A thermal control device for controlling
The phase change material is a perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x B x ) Mn 1 + y O 3 , wherein A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm , B is at least one of alkaline earth metal ions of Ca, Sr, and Ba, and 0 ≦ x <1, 0 <y.
前記(A1−xBx)Mn1+yで表されるMnを含んだペロブスカイト酸化物が、Aは、La、Pr、Nd、Smの希土類イオンの中の少なくとも一つ、BはCa、Sr、Baのアルカリ土類金属イオンの中の少なくとも一つであり、且つ、0≦x<1、0.005≦y≦0.1であることを特徴とする請求項11に記載の熱制御装置。The perovskite oxide containing Mn represented by (A 1-x Bx) Mn 1 + y O 3 is characterized in that A is at least one of rare earth ions of La, Pr, Nd, and Sm, and B is Ca, Sr. The thermal control device according to claim 11, wherein at least one of alkaline earth metal ions of Ba and 0 ≦ x <1, 0.005 ≦ y ≦ 0.1. . 前記熱制御装置が、建材であることを特徴とする請求項11または12に記載の熱制御装置。  The thermal control device according to claim 11 or 12, wherein the thermal control device is a building material.
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